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非晶合金脫合金化納米結構與催化性能

來源:杰呈3D打印 發布時間:2025-10-27 17:10:41 瀏覽次數:0
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2017年,鄧珍等人通過脫合金化對Fe基非晶合金條帶進行表面微結構化,并成功增加其催化Fenton基AOP的性能。2019年來,張來昌課題組通過同樣的方式進一步增加了非晶合金條帶的比表面積并提高了降解性能。

脫合金化(Dealloying)是在腐蝕性介質中通過選擇性腐蝕掉金屬合金中較為活潑的一種或多種元素,剩余的惰性元素原子通過擴散而自發地形成納米尺寸的海綿狀多孔結構的過程。 通常來說,非晶態合金結構均勻,組元成分在較大范圍內可以可控調節,是一類十分理想的脫合金化前驅體。目前,多種納米多孔金屬(Nanoporous metal,NPM)已以Pd基,Au基,Mg基,Zr基等非晶合金為前驅體成功制備。這些納米多孔結構極大地增加了材料的比表面積,為化學反應的快速發生提供了必要的條件。

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納米多孔金屬,如NP-Pt, NP-Pd, NP-Ag,NP-Cu等已應用為電催化、燃料電池、傳感器、鋰離子電池等的電極材料,表現出了不凡的性能。目前有部分工作報道了將非晶態合金制備的納米多孔金屬應用為Fenton基AOP的催化劑,本小節主要總結這方面的工作。到目前為止,僅有納米多孔銅應用于有機廢水降解上。王樹申等人將Zr55Cu30Ni10Al5微米球形粉末作為前驅體在HF溶液中脫合金化得到了球狀納米多孔銅,大大地增加了非晶粉末的比表面積,在酸性和中性兩種情況下均發揮了高效催化降解甲基橙的能力。

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李睿等人對脫合金化得到的納米多孔銅進行了表面改性,用熱氧化的方法得到了CuO納米線/Cu納米多孔結構,其表現了高效分解H2O2降解亞甲基藍的性能。值得注意的是,該工作中沒有提到降解溶液pH的值,可能是不需要調節溶液pH,中性環境即可。盡管脫合金化增加了比表面積,然而催化劑依舊是粉狀或條帶狀,分離問題依舊存在。目前,制備成型非晶態合金催化劑的方法有熔體甩帶法、氣霧化法、機械合金化法、化學還原法和熱塑性成型法。其中,熔體甩帶法、氣霧化法和機械合金化法是目前常用的非晶合金制備方法。然而,這些技術手段僅能得到微米尺度的非晶合金材料,但其比表面積較小,催化效率有限。

化學還原法和熱塑性成型法能有效制備納米尺度非晶合金材料,可大大增加材料比表面積。耶魯大學J. Schrores課題組利用熱塑性成型法制備了多種納米形貌的非晶合金材料增加了其比表面積。


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